雪崩二極管的工作原理介紹

雪崩二極管是利用半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中載流子的碰撞電離，和渡越時間兩種物理效應(yīng)而產(chǎn)生負阻的固體微波器件;在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩的晶體管。雪崩二極管常被應(yīng)用于微波領(lǐng)域的振蕩電路中，那么其的工作原理是如何的?下面一起來看看：

1.工作原理

在材料摻雜濃度較低的PN結(jié)中，當(dāng)PN結(jié)反向電壓增加時，空間電荷區(qū)中的電場隨著增強。這樣，通過空間電荷區(qū)的電子和空穴，就會在電場作用下獲得的能量增大，在晶體中運動的電子和空穴將不斷地與晶體原子又發(fā)生碰撞，當(dāng)電子和空穴的能量足夠大時，通過這樣的碰撞的可使共價鍵中的電子激發(fā)形成自由電子–空穴對。新產(chǎn)生的電子和空穴也向相反的方向運動，重新獲得能量，又可通過碰撞，再產(chǎn)生電子–空穴對，這就是載流子的倍增效應(yīng)。當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值后，載流子的倍增情況就像在陡峻的積雪山坡上發(fā)生雪崩一樣，載流子增加得多而快，這樣，反向電流劇增，PN結(jié)就發(fā)生雪崩擊穿。下圖是雪崩擊穿的示意圖。

PN結(jié)雪崩擊穿圖

2.微波振蕩

雪崩二極管能以多種模式產(chǎn)生振蕩，其中主要有碰撞雪崩渡越時間(IMPATT)模式，簡稱崩越模式。其基本工作原理是：利用半導(dǎo)體PN結(jié)中載流子的碰撞電離和渡越時間效應(yīng)產(chǎn)生微波頻率下的負阻，從而產(chǎn)生振蕩。

另一種重要的工作模式是俘獲等離子體雪崩觸發(fā)渡越時間(TRAPATT)模式，簡稱俘越模式。這種模式的工作過程是在電路中產(chǎn)生電壓過激以觸發(fā)器件，使二極管勢壘區(qū)充滿電子-空穴等離子體，造成器件內(nèi)部電場突然降低,而等離子體在低場下逐漸漂移出勢壘區(qū)。因此這種模式工作頻率較低，但輸出功率和效率則大得多。

除上述兩種主要工作模式以外，雪崩二極管還能以諧波模式、參量模式、靜態(tài)模式以及熱模式工作。

3.分類

雪崩二極管分單漂移區(qū)雪崩二極管和雙漂移區(qū)雪崩二極管。

單漂移區(qū)雪崩二極管的結(jié)構(gòu)有PN、PIN、PNN(或NPP)、PNIN(或NPIP)、MNN。其中PNN結(jié)構(gòu)工藝簡單,在適中的電流密度下能獲得較大的負阻，且頻帶較寬，因此在工業(yè)中應(yīng)用較多。

雙漂移區(qū)雪崩二極管是1970年以后出現(xiàn)的，其結(jié)構(gòu)為PPNN，實質(zhì)上相當(dāng)于兩個互補單漂移區(qū)雪崩二極管的串聯(lián)，從而有效地利用了電子和空穴漂移空間，因此輸出功率和效率均較高。

雪崩二極管

4.雪崩二極管相關(guān)問題

4.1二極管中的雪崩效應(yīng)是什么?

雪崩效應(yīng)是“當(dāng)對材料施加足夠量的電力時，非導(dǎo)電材料(絕緣體)或半導(dǎo)體材料(半導(dǎo)體)中的電流突然快速增加”。用于這種雪崩效應(yīng)(齊納效應(yīng))的器件稱為齊納二極管。

4.2雪崩二極管有什么用?

雪崩二極管用于保護電路。當(dāng)反向偏置電壓增加到一定限度時，二極管會在特定電壓下開始雪崩效應(yīng)，并且由于雪崩效應(yīng)導(dǎo)致二極管擊穿。它用于保護電路免受不需要的電壓的影響。

4.3雪崩二極管的符號是什么?

像雪崩二極管這樣的半導(dǎo)體二極管類似于齊納二極管，該二極管在反向偏置區(qū)域內(nèi)工作。這種二極管的符號與齊納二極管相同，因為它是一種PN結(jié)二極管。

4.4齊納二極管和雪崩二極管有什么區(qū)別?

齊納擊穿和雪崩擊穿的主要區(qū)別在于它們的發(fā)生機制。齊納擊穿是由于高電場而發(fā)生的，而雪崩擊穿是由于自由電子與原子的碰撞而發(fā)生的。這兩種故障可以同時發(fā)生。

以上就是雪崩二極管的工作原理以及分類介紹了。由于雪崩二極管具有功率大、效率高等優(yōu)點，而且是固體微波源，特別是毫米波發(fā)射源的主要功率器件，因此廣泛地使用于雷達、通信、遙控、遙測、儀器儀表中。

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